科學(xué)探究之“器”（下）

1、科學(xué)探究之“器”（下）一、科學(xué)探究中用于測(cè)量的“器”（見(jiàn)木刊第5-6期）二、科學(xué)與技術(shù)課程中教具和學(xué)具的設(shè)計(jì)科學(xué)與技術(shù)是一門(mén)新的課程，冃前在上海三個(gè)區(qū)試用。為什么國(guó) 家要發(fā)展科學(xué)與技術(shù)這門(mén)課呢？第一是時(shí)代的需求，社會(huì)的需求。我們生活在一個(gè)越來(lái)越離不開(kāi)科學(xué) 與技術(shù)的世界?？茖W(xué)與技術(shù)已成為推動(dòng)當(dāng)今人類(lèi)發(fā)展的核心力量，它不僅 對(duì)社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域產(chǎn)生著重大影響，并且還滲透到人類(lèi)生 活的各個(gè)方面。隨著社會(huì)的日益發(fā)展，科學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)系也越來(lái)越密 切，科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為技術(shù)成果，而技術(shù)成果的應(yīng)用又促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。 這兩者之間是密切相連的。科學(xué)發(fā)現(xiàn)肯定會(huì)給技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)力量,而技術(shù) 又會(huì)反過(guò)去推動(dòng)

2、科學(xué)的發(fā)展。第二是教育的需求?？茖W(xué)與技術(shù)課程的開(kāi)設(shè)順應(yīng)了科技發(fā)展的時(shí) 代需求，同時(shí)也符合兒童的認(rèn)知特點(diǎn)。它不僅有利于整合科學(xué)與技術(shù)的教 育資源，減少學(xué)科課程門(mén)類(lèi)，提高教學(xué)效率，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，而且有利于 兒童整體認(rèn)識(shí)自然界與人工世界，促進(jìn)他們對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境相 互關(guān)系的理解，培養(yǎng)其綜合應(yīng)用多重知識(shí)的技能與解決實(shí)際問(wèn)題的能力。關(guān)于探究與設(shè)計(jì),這是科學(xué)與技術(shù)兩者不同的地方。先看看科學(xué)探究。探究就是要讓兒童了解、感受到科學(xué)家的經(jīng)j,體驗(yàn)探究的過(guò)程和方法。提出問(wèn)題收集證據(jù)分析與解釋交流與質(zhì)疑拓展與應(yīng)用，這就是科學(xué)探究的一個(gè)過(guò)程。技術(shù)主要是什么呢？主要是設(shè)計(jì)。就是要讓兒童了解感受工程師的設(shè) 計(jì)，體

3、驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法。發(fā)現(xiàn)需求 收集信息 設(shè)想與創(chuàng)新 加工與制作一一評(píng)價(jià)與改進(jìn)。科學(xué)起源于對(duì)自然界的疑惑，然后釆用調(diào)查的方法進(jìn)行探究,提出解 釋?zhuān)缓笮纬煞答伜托碌囊苫?。?duì)這一解釋和解決辦法的社會(huì)應(yīng)用，就交 給技術(shù)了。技術(shù)起源于人類(lèi)在適應(yīng)環(huán)境過(guò)程中遇到的問(wèn)題，產(chǎn)生的需求。例如， 吃生的肉，拉肚子，吸收不了，就用火來(lái)烤或煮，這就是需求了。當(dāng)然這 個(gè)需求很多，一直延續(xù)到現(xiàn)在。然后要想出解決問(wèn)題的策略，這個(gè)過(guò)程就 是設(shè)計(jì)，提出解決問(wèn)題的辦法，就是設(shè)計(jì)完成。但是這里邊也會(huì)產(chǎn)生新的 問(wèn)題，不斷地會(huì)有反饋和改進(jìn)，不是一次就可以結(jié)束的。最后，會(huì)在社會(huì) 上應(yīng)用。下面的模型圖反映了科學(xué)和技術(shù)兩者z間的差別及其相互

4、作用，也反 映了它們與我們教育目標(biāo)的聯(lián)系。科學(xué)與技術(shù)到底是怎么回事？下面來(lái)講“器”，這個(gè)“器”就是我們 自己設(shè)計(jì)，根據(jù)教材要求，利用學(xué)到的科學(xué)知識(shí)去做些技術(shù)上的事情。 比如說(shuō)空氣壓力，在科學(xué)教材里邊有。講了壓縮空氣的一些知識(shí)以后，要 告訴學(xué)生壓縮空氣有什么用處，怎樣來(lái)為我們的生活服務(wù)，為我們的工業(yè) 服務(wù)，為我們的軍事服務(wù)，在科學(xué)與技術(shù)教材里邊就會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)。為了使學(xué)生上課有興趣，就要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情景。例如，教學(xué)內(nèi)容為“空氣有 力量”，教師可如下圖設(shè)計(jì)一個(gè)空氣噴泉，直接跟“器”結(jié)合起來(lái)。筒里 邊放了水，然后壓縮空氣從右邊進(jìn)去，如果是真的噴霧器，是直接把氣打 在這個(gè)筒里邊的，然后水從里邊噴出來(lái)，噴成霧或者水

5、柱都可以，現(xiàn)在把 它做成透明的，從右邊把壓縮空氣打進(jìn)去，看看它會(huì)發(fā)生什么情況？教師向筒里打壓縮空氣：我們剛才己經(jīng)打過(guò)氣了。這里邊的壓縮空氣 有什么用呢？可以用來(lái)噴霧。從而激發(fā)學(xué)生的興趣，進(jìn)一步探究：壓縮空 氣有什么用途？（放映幻燈片）上圖是核潛艇在水下發(fā)射導(dǎo)彈。發(fā)射魚(yú)雷可能大家都知道，魚(yú)雷放在 一個(gè)筒里邊，然后打開(kāi)壓縮空氣的閥門(mén)，魚(yú)雷就會(huì)沖進(jìn)水里去。它用什么 發(fā)射？用壓縮空氣。海底下的潛艇要發(fā)射導(dǎo)彈，把艙門(mén)打開(kāi)，用壓縮空 氣把它噴出去，離開(kāi)水面后再點(diǎn)火，這是在軍事上的應(yīng)用。右邊這個(gè)模型 我們叫做“娃娃發(fā)射器”，下面放了個(gè)氣球，壓縮空氣進(jìn)到氣球里邊之后, 這旁邊冇個(gè)孔，用針一戳，氣球爆炸里邊的壓

6、縮空氣就出來(lái)了，那個(gè)娃娃 可以被彈到很高的位置。還有旁邊的空氣炮，也是利用這個(gè)原理做出來(lái)的。 空氣炮下面有一個(gè)裝壓縮空氣的桶，打開(kāi)閘門(mén)以后，里面的乒乓球也可以 彈出大概四五米遠(yuǎn)。跟魚(yú)雷發(fā)射，跟海底導(dǎo)彈發(fā)射原理是完全一樣的。上圖是一個(gè)升降舞臺(tái)。教師可以用它將一個(gè)娃娃升起來(lái)，然后告訴學(xué) 生，壓縮空氣可以用在舞臺(tái)表演方面，將演出平臺(tái)升起來(lái)或者降下去。當(dāng) 然，有的是用液壓，但原理還是一樣的。升降臺(tái)模型用的是兩個(gè)注射器， 一個(gè)朝正方向推，一個(gè)朝反方向推這也是“空氣有力量”這一課的內(nèi)容。升降臺(tái)模型（上）升降臺(tái)（下） 第三個(gè)是空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。壓縮空氣其實(shí)就是能量的儲(chǔ)存。打氣使空氣壓 縮，把能量?jī)?chǔ)存在容器里邊，釋

7、放壓縮空氣的時(shí)候這個(gè)能量就會(huì)轉(zhuǎn)換。有 些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在做實(shí)驗(yàn)，汽車(chē)上裝的不是汽油，而是裝有壓縮空氣的瓶, 每次裝六個(gè)瓶放在車(chē)上，下圖是一位工程師設(shè)計(jì)的小車(chē)，里邊放了壓縮空 氣的瓶，在家里先充好能量，把電能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣里邊的勢(shì)能，然后就 可以上路了?？諝鉁u輪模型為了讓學(xué)生了解這個(gè)情況，教師可以做這樣一個(gè)空氣發(fā)動(dòng)機(jī)。（演示 空氣發(fā)動(dòng)機(jī)），先打打氣，把能量?jī)?chǔ)存進(jìn)去。這就像水輪機(jī)一樣，里邊是 個(gè)汽輪，是個(gè)空氣渦輪?，F(xiàn)在把壓縮空氣放進(jìn)去了，氣打得足，就能上路 to壓縮空氣動(dòng)力發(fā)電機(jī)上圖是一個(gè)發(fā)電機(jī)。原來(lái)的設(shè)計(jì)有兩種，一種是直接用壓縮空氣來(lái)驅(qū) 動(dòng)汽車(chē)，還冇一種就是利用壓縮空氣推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)以后發(fā)電。這里邊

8、也是 一個(gè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，跟剛才是一樣的，發(fā)動(dòng)機(jī)后面連著一個(gè)發(fā)電機(jī)。一發(fā)電, 上面一個(gè)led燈會(huì)亮。小學(xué)生看了以后覺(jué)得很開(kāi)心，覺(jué)得“這個(gè)很奇怪啊”! 以前的教材里邊沒(méi)有壓縮空氣，只有彈性這些東西。壓縮空氣在技術(shù)上的 應(yīng)用使他們覺(jué)得很感興趣，此時(shí)可以適時(shí)引導(dǎo)他們發(fā)揮自己的想象力'我 可以用它去做些什么？ ”下面一個(gè)例子，在教材中有“電的傳輸”這樣一個(gè)內(nèi)容，里邊講到了 利用電纜，然后又提到電的無(wú)線(xiàn)傳輸。大家都知道交流電通過(guò)兩個(gè)線(xiàn)圈的 時(shí)候會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)。很久以前就有這樣一個(gè)課題：兩個(gè)線(xiàn)圈，一個(gè)有電流通 過(guò)，是交流電，這是一個(gè)發(fā)射的交流線(xiàn)圈，這邊有個(gè)接收的，產(chǎn)生電流感應(yīng)的時(shí)候，就會(huì)把電傳輸過(guò)去。這個(gè)

9、理念提出來(lái)以后，發(fā)展很快。電的無(wú)線(xiàn)傳輸怎么來(lái)演示呢？怎么讓學(xué)生知道這個(gè)過(guò)程呢？我們又去找了 一些比較合適的材料做。有一種電動(dòng)牙刷，它插在柱子上，充電的時(shí)候下 面是沒(méi)有接觸點(diǎn)的，沒(méi)有銅片之類(lèi)的什么東西放在上面，一個(gè)晚上電就充 好了。這其實(shí)就是無(wú)線(xiàn)輸電的一種，現(xiàn)在發(fā)展得更快了。無(wú)線(xiàn)充電器上圖就是一個(gè)無(wú)線(xiàn)手機(jī)充電器，或者是電腦充電器，下面是一個(gè)底座, 上面放了手機(jī)、筆記本電腦。它們之間是沒(méi)冇線(xiàn)連接的，當(dāng)然手機(jī)上定 要有個(gè)接收器。我們用了一個(gè)電動(dòng)才刷的一個(gè)充電器，把牙刷放上去不知 道有沒(méi)有在充電，于是放了一個(gè)led的發(fā)光板，不通電它不發(fā)光的，通電 它就發(fā)光。拿起來(lái)給學(xué)生看，下面有沒(méi)有接觸的地方，沒(méi)有銅

10、線(xiàn)，沒(méi)有什 么東西的，沒(méi)有接觸片的，是完全分開(kāi)的。無(wú)線(xiàn)充電器模型上圖是我做的一個(gè)模型，人家看一下：這兒像一個(gè)發(fā)射器一樣的，上 面我貼了一塊紅色有機(jī)玻璃，應(yīng)該裝在底座里面；這兒有個(gè)接收器，很小, 約0.5x1. 5cm,高約為0. 5cm0中間沒(méi)有電線(xiàn)連接，只要通電以后把接收 的東西放上去，上面這塊板就會(huì)發(fā)光。這樣給學(xué)生去演示，做起來(lái)也很簡(jiǎn) 單。無(wú)線(xiàn)輸電的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛了，應(yīng)該要讓學(xué)生知道，這是一個(gè)技術(shù)上 的發(fā)展。在科學(xué)與技術(shù)教材中還有散熱和保溫。散熱在科學(xué)課里也有。但 是教材就把散熱面積大、周?chē)諝饬魍斓冗@些規(guī)律用到技術(shù)上去。它的 連接點(diǎn)就是在技術(shù)上的應(yīng)用。大家看上圖這三個(gè)罐子，一個(gè)是不帶散

11、熱翅的，一個(gè)是帶了散熱翅的, 還有一個(gè)不僅有散熱翅，還帶了一個(gè)風(fēng)扇。這是要做什么探究呢？同樣的 熱水裝在罐子里，不帶散熱翅的和帶了散熱翅的散熱速度哪個(gè)快？加了個(gè) 風(fēng)扇，空氣流動(dòng)快了，散熱速度哪個(gè)快？這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)做下來(lái)，學(xué)生會(huì)得 出來(lái)一個(gè)圖表。我們看到“紅顏色的是不帶散熱翅的，藍(lán)顏色的是帶散熱 翅的，綠顏色的是帶散熱翅加風(fēng)吹的”這樣三種不同情況。這就是一個(gè)典 型的科學(xué)探究的過(guò)程。這些把科學(xué)和技術(shù)聯(lián)系起來(lái)的實(shí)例，學(xué)生比較感興 趣，他們也理解了為什么要這樣做。我們會(huì)給他們看一些實(shí)物，也給他們 看一些照片，還有些是讓他們回去找家里有沒(méi)有需要它散熱快的東西，看 看它有什么特點(diǎn)等類(lèi)型的活動(dòng)。這個(gè)就叫探究規(guī)

12、律，學(xué)習(xí)科學(xué)方法。探究風(fēng)車(chē)葉片的實(shí)驗(yàn)器在講“能源”這個(gè)內(nèi)容時(shí)，我們研究風(fēng)力發(fā)電的葉片。上圖有一個(gè)電 風(fēng)扇，前面還有一個(gè)整流罩，即帶網(wǎng)格形狀的，它就是使風(fēng)扇出來(lái)的氣流 比較平行一點(diǎn)，不帶渦流。這里有一個(gè)風(fēng)車(chē)，很簡(jiǎn)單的一個(gè)風(fēng)車(chē)。上面有 葉片，要學(xué)生們探究什么呢？就是探究風(fēng)車(chē)收集風(fēng)能的效果與風(fēng)葉的大小 有沒(méi)有關(guān)系。我們用了兩種不同大小的風(fēng)葉，讓他們來(lái)試，同樣用這個(gè)實(shí) 驗(yàn)器材，還可以做“風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)的角度跟它收集風(fēng)能的效果有什么關(guān)系”的 實(shí)驗(yàn)。如果全是對(duì)著風(fēng)的，這個(gè)風(fēng)葉肯定不會(huì)轉(zhuǎn)；如果一個(gè)正一個(gè)反的， 也不會(huì)轉(zhuǎn)；如果是全平的，或者這樣平行的也不會(huì)轉(zhuǎn)。它要成一定的處度, 而且兩個(gè)是要相反的。它轉(zhuǎn)的時(shí)候，帶動(dòng)

13、機(jī)械裝置，吊著一個(gè)重物，比如 放冋形針之類(lèi)的，看它能不能被提起來(lái)。這是五年前我們教材里邊的東西。五年后，有新的產(chǎn)品出現(xiàn)了，我們馬上修改了這個(gè)內(nèi)容。這個(gè)新的產(chǎn)品讓 學(xué)生來(lái)探究很好用，為什么呢？ 一個(gè)是它的葉片可以調(diào)整，最多可以放八 片，放六個(gè)也好，放八個(gè)也好，放三個(gè)也好，可以讓學(xué)生自己去做；它還 冇一個(gè)最好的特點(diǎn)，就是葉片的角度都是可以調(diào)整的，而且上面冇刻度， 轉(zhuǎn)了以后，葉片都會(huì)成一定的角度。讓學(xué)生做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的活動(dòng)就 更有效，比五年前做出來(lái)的東西好得多。它又能定量，而且發(fā)出來(lái)的電， 只要用一個(gè)萬(wàn)用表就可以測(cè)量，風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)后會(huì)發(fā)電，我覺(jué)得這樣一個(gè)“器” 対科學(xué)技術(shù)教育是非常有幫助的。所以，現(xiàn)

14、在的科學(xué)與技術(shù)教材里邊 就采用了這樣一個(gè)風(fēng)車(chē)，讓學(xué)生去探究這些內(nèi)容。它的角度、風(fēng)葉的大小 等，還配有短的葉片，這是很好的一個(gè)“器再來(lái)看下面這個(gè)：還是“能源”這節(jié)課里邊的，即太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱的探究。所用器材也 簡(jiǎn)單，一個(gè)可樂(lè)瓶，還有一盤(pán)透明的塑料管，探究的是什么呢？就是如果 增大接收太陽(yáng)光的水管的面積，能使水熱得快嗎？這兩個(gè)就是對(duì)照。一個(gè) 是一大盤(pán)塑料管，大概有三米；另一個(gè)只有一米。同樣放在太陽(yáng)底下，同 樣時(shí)間來(lái)比較，可樂(lè)瓶上面插有溫度計(jì)，就可以比較岀來(lái)面積大的，還是 面積小的吸熱快。如果拓展的話(huà)，還可以研究水管的顏色，如果是黑色的 話(huà)可能會(huì)吸熱更快；如果是白色的話(huà)呢可能會(huì)慢一點(diǎn)?？茖W(xué)教材里也有這

15、 個(gè)內(nèi)容。再看一個(gè)，這個(gè)是突出重點(diǎn)、化解教學(xué)難點(diǎn)的教具。我們講“齒輪傳 動(dòng)”的時(shí)候，往往對(duì)傳動(dòng)的方向比較關(guān)注，但是科學(xué)與技術(shù)教材里邊 講了一個(gè)傳動(dòng)速度的比例問(wèn)題，原來(lái)的教具就不適用了。我們來(lái)看一下，這是兩個(gè)齒輪嚙合，如果要講方向，一個(gè)朝著順時(shí)針 方向轉(zhuǎn)，另一個(gè)就向相反的方向轉(zhuǎn)，這個(gè)很好理解。但是，不是僅僅研究 方向，主要是用來(lái)研究轉(zhuǎn)數(shù)的比例。小齒輪和大齒輪之間齒數(shù)的比例是整 數(shù)，大齒輪是二十五個(gè)，小的齒輪是五個(gè)，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)了一圈以后，從動(dòng)輪 應(yīng)該轉(zhuǎn)兒圈？學(xué)生很容易算出來(lái)。當(dāng)然，這些齒輪的齒數(shù)都是成比例的。 搭配以后，根據(jù)老師或小朋友自己的想法來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，就解決了齒輪傳 動(dòng)的難點(diǎn)。下面我想對(duì)科學(xué)

16、課老師提兒點(diǎn)建議。一是確立學(xué)科的責(zé)任心。二是要冇創(chuàng)新的積極性。老跟著人家走，你給我什么器材我做什么， 這個(gè)對(duì)科學(xué)教學(xué)不是最好的方法，最好自己有創(chuàng)新。為什么呢？因?yàn)橄胂?力比知識(shí)更重要。教師的創(chuàng)新會(huì)給孩子帶來(lái)幫助，知識(shí)是有限的，而想象 力概括世界上的一切，推動(dòng)著世界的進(jìn)步，并一且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。三年 前有一項(xiàng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中國(guó)孩子比英國(guó)孩子普遍多學(xué)了百分之七十的知識(shí)， 但是，關(guān)于創(chuàng)造力的測(cè)試卻沒(méi)有明顯的差異。在許多場(chǎng)合的各國(guó)青少年比 賽中，中國(guó)孩子有超群的計(jì)算、背誦和模仿能力，但是想象力、創(chuàng)造力的 表現(xiàn)幾乎總是排名最后，令人非常尷尬。國(guó)際上評(píng)論中國(guó)學(xué)生的最大問(wèn)題 也就是這個(gè)問(wèn)題。他能應(yīng)考，他能考高

17、分，但是他的想象力相對(duì)來(lái)說(shuō)就比 較差。而想象力是創(chuàng)新的一個(gè)最基本的源泉，所以，教師要有這樣的積極 性，要去創(chuàng)新，要發(fā)揮自己的想象力，去改進(jìn)我們的課堂教學(xué)，改進(jìn)我們 的教具和學(xué)具。三是培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)的敏感性。我們要對(duì)在我們教學(xué)工作中有用的東西產(chǎn)生 強(qiáng)烈的興趣。在新材料這一課里邊，就講到了新穎的陶瓷。大家都知 道陶瓷易碎、易破。當(dāng)然它夠硬，一次我在商場(chǎng)看到商品介紹，說(shuō)一種新 的瓷器摔不壞。為什么它會(huì)這么厲害呢？其實(shí)就是用了納米技術(shù)，它用非 常精細(xì)達(dá)到納米級(jí)的瓷土材料燒制出來(lái)。対于這個(gè)內(nèi)容，我們馬上加到新 穎陶瓷里邊，把它的照片也放進(jìn)了教材，讓學(xué)?？戳艘院笥X(jué)得非常有興 趣。請(qǐng)大家看，這是新穎陶瓷，這把剪子，是陶瓷，透明的，你試一試（摸 起來(lái)不是很鋒利）；我還發(fā)現(xiàn)了一把刀，陶瓷能做刀嗎？不是一摔就破嗎？ 看看它，夠鋒利吧？新穎陶瓷，但這個(gè)陶瓷不能摔，那種陶瓷能摔。述有個(gè)內(nèi)容就是記憶金屬。記憶金屬大家都知道吧？血管里邊裝支 架，這個(gè)支架就是用記憶金屬做的，放進(jìn)去以后它自己會(huì)張開(kāi)，為什么呢？ 因?yàn)闇囟茸兓?。我們有個(gè)器材，像五角星一樣的，看起來(lái)像鐵絲，我們把 它拉直了，放在熱水里，馬上就